ПАРОГЕНЕРАТОР ФЕРИНГЕРА ДЛЯ БАННЫХ ПЕЧЕЙ Российский патент 2016 года по МПК F22B1/02 F24B1/183 

Изобретение относится к конструкции печей и способу генерации перегретого пара и может быть использовано при оборудовании бань стационарного и мобильного типов, а также для обогрева бытовых и производственных помещений.

Известны печи для бани, содержащие металлический корпус, топку, камеру с находящимися в ней камнями и дымовую трубу, установленную над камерой. При эксплуатации получают чистый пар, плеснув на камни горячую воду (Патент RU №2005263 C1, МПК: F24B 1/24, 07.03.1993).

Недостатком указанных печей является возможность попадания в парильню топочных газов и наличие в паре с относительной влажностью до 70% крупных капель доведенной до кипения воды. При этом невозможно получение перегретого пара с относительной влажностью менее 25%.

Известны способы получения перегретого пара из влажного пара высокого давления путем отделения жидкости от пара, дросселирования и перегрева за счет теплообмена с насыщенным паром и повышения тем самым экономичности (а.с. СССР 561048 A, МПК: F22G 1/10, 01.08.1977).

Недостатком способов является необходимость в дополнительном парогенераторе и трудность стабилизации температуры перегретого пара.

Известна печь для бани, содержащая металлический корпус с топкой, дымоходом и открытый контейнер с теплообменным крупнодисперсным материалом, при этом указанный открытый контейнер размещен в верхней части топки со стороны обогреваемого помещения, в топке помещена емкость повышенного давления с теплообменным крупнодисперсным материалом и установленным в ее верхней части влагораспределительным устройством, соединенным с баком для парообразующей жидкости посредством дозатора, в указанной емкости снизу вверх встроена дроссельная труба, проходящая через теплообменный крупнодисперсный материал и верхнюю часть топки в указанный открытый контейнер, обеспечивающая дополнительный перегрев образовавшегося в емкости повышенного давления перегретого пара в верхней части топки и за счет рекуперативного теплообмена с крупнодисперсным материалом (Патент РФ №2250417, МПК: F24B 1/00, 5/00).

Указанная печь работает следующим образом. В топку металлического корпуса через дверцу закладывается топливо и разжигается. Остатки от сгораемого топлива просыпаются через колосниковую решетку в поддувало. Горячий газ, образовавшийся от сгорания топлива, поднимается вверх топки, нагревает теплообменный крупнодисперсный материал в емкости и контейнере, а также пар в верхней части дроссельной трубы. Затем горячий газ, поднимаясь вверх в сквозной дымовой трубе, обогревает бак с водой. Постепенно теплообменный крупнозернистый материал разогревается до (350-450)°C, нагревая воздух в помещении до (60-100)°C.

Способ перегрева пара, реализуемый с помощью указанной печи, заключается в следующем. Для получения перегретого пара парообразующая жидкость из бака через дроссельный канал с патрубком поступает во влагораспределительное устройство. Нагрев жидкости происходит при ее контакте с теплообменным крупнозернистым материалом. Образовавшийся насыщенный пар поднимается в верхнюю часть емкости и затем, по мере увеличения его объема, под собственным давлением просачивается через крупнодисперсный материал, еще больше нагревается свыше 100°C и поступает во входное отверстие дроссельной трубы в нижней части емкости. Далее перегретый пар нагревается на горизонтальном участке части дроссельной трубы в верхней части топки. Сдросселированный пар поступает в открытый контейнер и в процессе рекуперативного теплообмена с крупнодисперсным материалом перегревается свыше 110°C, осуществляя нагрев помещения.

Недостатками данной печи являются необходимость в дополнительном влагораспределительном устройстве и трудность стабилизации температуры перегретого пара.

Известна дымовая труба для печи преимущественно для обогрева банных помещений, содержащая вертикально ориентированный корпус, предпочтительно выполненный из материала на основе сплава железа с углеродом, нижняя входная часть которой соединяется с источником горячих газов, предпочтительно продуктов сгорания топлива в печи, верхняя выходная - с окружающей атмосферой, при этом в нижней части корпуса трубы установлена обечайка с днищем, образующая с корпусом трубы преимущественно кольцевую емкость для парообразующей жидкости, преимущественно воды, предпочтительно с ароматизирующими добавками, и теплообменного материала, предпочтительно камней, при этом верхняя выходная часть указанной емкости закрыта крышкой преимущественно в виде усеченного конуса, причем между упомянутой крышкой и корпусом трубы выполнен зазор, предпочтительно кольцевой, при этом над указанной емкостью, в непосредственной близости от нее, коаксиально с корпусом трубы установлен цилиндрический кожух, преимущественно цилиндрический, состоящий из как минимум двух обечаек, внутренней и наружной, установленных коаксиально с кольцевым радиальным зазором по отношению к корпусу трубы и друг к другу, причем кольцевые радиальные зазоры между корпусом трубы и внутренней обечайкой и между внутренней и наружной обечайками кожуха соединены с внутренней полостью кольцевой емкости для воды через упомянутый кольцевой зазор между крышкой и корпусом трубы, при этом кожух с торцов закрыт профилированными перфорированными днищами (Патент РФ №2490548, заявка: 2011109849/03 от 15.03.2011, МПК: F24B 1/00 - прототип).

Указанная труба работает следующим образом.

Поток продуктов сгорания, полученный в топке печи и имеющий высокую температуру, направляется в нижнюю входную часть корпуса трубы и за счет тяги поднимается вверх, к выходной части, разогревая при этом корпус дымовой трубы. В полость емкости, образованной обечайкой с днищем, с предварительно уложенным крупнодисперсным теплообменным материалом, заливается парообразующая жидкость, преимущественно вода.

За счет конвективного теплообмена между горячей стенкой нижней части корпуса и налитой в кольцевую емкость водой осуществляется разогрев воды до температуры парообразования и происходит образование пара с одновременным увлажнением воздуха, находящегося в зоне крышки. Образовавшаяся паровоздушная смесь, состоящая из пара и увлажненного воздуха и имеющая теплоемкость выше, чем обычный воздух, поднимается вверх к кольцевому зазору.

Пройдя кольцевой зазор, поток паровоздушной смеси разделяется на две части. Одна, первая, часть указанного потока через профилированное перфорированное днище поступает в кольцевой зазор, между трубой и внутренней обечайкой, другая, вторая часть - в кольцевой зазор между внутренней обечайкой и наружной обечайкой, заполненный крупнодисперсным теплообменным материалом.

Первая часть потока, проходя по кольцевому зазору, отбирает тепло у горячей стенки корпуса трубы, нагревается дальше при этом сама и поступает в обогреваемое помещение. Часть тепла при движении указанная часть потока отдает внутренней обечайке.

Вторая часть потока, проходя по кольцевому зазору, отдает тепло крупнодисперсному теплообменному материалу, разогревает его до требуемой температуры и также поступает в обогреваемое помещение.

Регулирование тяги печи осуществляется при помощи перекрытия/открытия проходного сечения дымовой трубы при помощи заслонки, установленной в верхней части корпуса с возможностью вращения.

Использование для процессов теплопередачи увлажненного воздуха, имеющего теплоемкость выше, чем обычный сухой воздух, позволяет значительно улучшить условия теплопередачи между рабочим телом - полученной паровоздушной смесью - и рабочими органами печи - корпусом, внутренней и наружной обечайками при неизменном расходе топлива, что в конечном итоге позволяет повысить экономичность работы печи.

Недостатками данного решения являются сложность конструкции, использование камней в качестве теплоаккумулирующих элементов, что приводит к увеличению массы трубы, недостаточно высокий коэффициент полезного действия.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание парогенератора для печи, конструкция которого позволит повысить теплоотдачу продуктов сгорания топлива, упростить конструкцию устройства для получения пара и значительно увеличить время работы печи при неизменном расходе топлива с возможностью получения перегретого пара с регулируемой температурой и влажностью.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный парогенератор для банных печей согласно изобретению содержит вертикально ориентированный корпус, образованный внешней и внутренней обечайками, установленными с радиальным зазором по отношению друг к другу с образованием между ними кольцевого зазора и соединенными между собой по торцам, причем нижняя часть корпуса парогенератора выполнена профилированной с посадочным местом для состыковки с выходной частью печной трубы, а верхняя часть корпуса парогенератора выполнена профилированной для состыковки с входной частью дымохода, при этом внутри корпуса установлена с радиальным зазором между ее стенками и стенками внутренней обечайки емкость, имеющая каналы для подачи воды внутрь ее полости и отвода подогретой воды из упомянутой полости, при этом каналы для подвода и отвода воды из упомянутой емкости проходят через кольцевой зазор между обечайками и соединяют полость емкости с источником воды и накопительным баком для нагретой воды/потребителем горячей воды, при этом кольцевой зазор между внутренней и внешней обечайками разделен в осевом направлении на изолированные кольцевые полости, нижнюю и верхнюю, при помощи перемычки, в которой установлен вертикальный патрубок, полость которого соединяет полости упомянутых кольцевых полостей между собой, при этом верхняя кольцевая полость имеет патрубок подвода воды, а нижняя кольцевая полость имеет патрубок выхода пара из упомянутой полости.

В варианте исполнения площадь кольцевого зазора между стенкой емкости и стенкой внутренней обечайки равна или больше площади выходной части печной трубы.

В варианте исполнения поверхность емкости выполнена волнистой, в виде чередующихся выступов и впадин.

В варианте исполнения емкость выполнена в виде полого цилиндра.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан поперечный разрез предложенного парогенератора, на фиг. 2 - вид сверху парогенератора, на фиг. 3 - вид сверху парогенератора в варианте исполнения емкости с волнистой поверхностью, на фиг. 4 - вид сверху парогенератора в варианте исполнения емкости в виде полого цилиндра.

Парогенератор для банных печей (далее - парогенератор) содержит вертикально ориентированный корпус 1, образованный внешней 2 и внутренней 3 обечайками, установленными с радиальным зазором по отношению друг к другу с образованием между ними кольцевого зазора 4 и соединенными между собой по торцам. Нижняя часть 5 корпуса парогенератора выполнена профилированной с посадочным местом для состыковки с выходной частью печной трубы 6. Верхняя часть 7 корпуса 1 парогенератора выполнена профилированной для состыковки с входной частью дымохода 8.

Внутри корпуса 1 установлена с радиальным зазором между ее стенками и стенками внутренней обечайки 3 емкость 9, имеющая каналы 10 для подачи воды внутрь ее полости и каналы 11 отвода подогретой воды из упомянутой полости. Каналы 10 для подвода и каналы 11 отвода воды из упомянутой емкости 9 проходят через кольцевой зазор 4 между обечайками 2 и 3 и соединяют полость емкости 9 с источником воды (не обозначен) и накопительным баком (не обозначен) для нагретой воды/потребителем горячей воды. Кольцевой зазор 4 между внутренней 3 и внешней 2 обечайками разделен в осевом направлении на изолированные кольцевые полости, нижнюю 12 и верхнюю 13, при помощи перемычки 14, в которой установлен вертикальный патрубок 15, полость которого соединяет полости упомянутых кольцевых полостей 12 и 13 между собой. Верхняя кольцевая полость 13 имеет патрубок 16 подвода воды. Нижняя кольцевая полость 12 имеет патрубок 17 выхода пара из упомянутой полости.

В варианте исполнения поверхность емкости 9 выполнена волнистой, в виде чередующихся выступов 18 и впадин 19.

В варианте исполнения емкость 9 выполнена в виде полого цилиндра 20.

Предложенный парогенератор работает следующим образом.

Парогенератор устанавливается на выходную часть печной трубы 6 нижней профилированной частью 5. Сверху, на профилированную выходную часть 7 корпуса, устанавливается входная часть дымохода 8.

Печные горячие газы поступают внутрь корпуса 1 парогенератора, в полость, образованную внутренней обечайкой 3, и омывают корпус емкости 9. За счет того, что внутри корпуса 1 установлена емкость 9, поток горячих газов из сплошного превращается в полый кольцевой. Кольцевой поток газов омывает емкость 9 со всех сторон и отдает тепло корпусу емкости 9 и через внутреннюю обечайку 3 воде, находящейся в кольцевом зазоре 4.

За счет того, что площадь кольцевого зазора между стенкой емкости и стенкой внутренней обечайки выполнена равной или больше площади выходной части печной трубы, поток горячих газов замедляет скорость своего истечения и более интенсивно отдает тепло соответствующим элементам парогенератора.

Вода через канал 10 для подвода воды поступает в емкость 9, разогревается в ней до нужной температуры и через канал отвода воды 11 подается в накопительный бак (не обозначен) для нагретой воды либо потребителю горячей воды.

В верхнюю кольцевую полость 13 через патрубок 16 подвода воды поддается вода и разогревается в упомянутой полости 13 за счет теплообмена между горячими печными газами и элементами парогенератора до температуры парообразования. Образовавшийся пар по вертикальному патрубку 15 поступает в нижнюю кольцевую полость 12, дополнительно нагревается в ней, при этом крупные капли пара превращаются в более мелкие. Полученный сухой пар, без крупнодисперсных капель воды по каналу 17 выхода пара подается в парную или потребителю. Использованные печные газы через дымоход 8 выводятся наружу.

В варианте исполнения поверхность емкости 9 выполнена волнистой, в виде чередующихся выступов 18 и впадин 19. Такое исполнение стенок емкости 9 позволяет увеличить периметр контакта горячих печных газов и обогреваемой емкости 9 примерно в 1,4-1,8 раза при неизменной площади проходного сечения. Кроме этого профилирование позволяет более интенсивно прогревать корпус емкости 9 за счет того, что центральная часть емкости уменьшается по сравнению со сплошной целой.

В варианте исполнения емкость 10 выполнена в виде полого цилиндра 20. Такое исполнение позволяет, при незначительном росте габаритных радиальных или длинновых размеров емкости, значительно уменьшить толщину прогреваемого объема. Кроме того, струя горячих печных газов будет омывать емкость 9 не только снаружи, но и внутри, что приведет к повышению эффективности теплообмена.

Проведенные автором и заявителем испытания полноразмерного образца печи с предложенным парогенератором подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.

Использование предложенного технического решения даст возможность создать парогенератор для печи, конструкция которого позволит повысить теплоотдачу продуктов сгорания топлива, упростить конструкцию устройства для получения пара и значительно увеличить время работы печи при неизменном расходе топлива с возможностью получения перегретого пара с регулируемой температурой и влажностью.

Изобретение относится к конструкции печей и способу генерации перегретого пара и может быть использовано при оборудовании бань стационарного и мобильного типов, а также для обогрева бытовых и производственных помещений. Парогенератор для банных печей содержит вертикально ориентированный корпус, образованный внешней и внутренней обечайками, установленными с радиальным зазором по отношению друг к другу с образованием между ними кольцевого зазора и соединенными между собой по торцам. Нижняя часть корпуса парогенератора выполнена профилированной с посадочным местом для соединения с выходной частью печной трубы, а верхняя часть корпуса парогенератора выполнена профилированной для соединения с входной частью дымохода. Внутри корпуса установлена с радиальным зазором между ее стенками и стенками внутренней обечайки емкость, имеющая каналы для подачи воды внутрь ее полости и отвода подогретой воды из упомянутой полости. Каналы для подвода и отвода воды из упомянутой емкости проходят через кольцевой зазор между обечайками и соединяют полость емкости с источником воды и накопительным баком для нагретой воды/потребителем горячей воды. Кольцевой зазор между внутренней и внешней обечайками разделен в осевом направлении на изолированные кольцевые полости, нижнюю и верхнюю, при помощи перемычки, в которой установлен вертикальный патрубок, полость которого соединяет полости упомянутых кольцевых полостей между собой. Верхняя кольцевая полость имеет патрубок подвода воды, а нижняя кольцевая полость имеет патрубок выхода пара из упомянутой полости. В варианте исполнения площадь кольцевого зазора между стенкой емкости и стенкой внутренней обечайки равна или больше площади выходной части печной. Технический результат - повышение теплоотдачи продуктов сгорания топлива. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Парогенератор для банных печей, характеризующийся тем, что содержит вертикально ориентированный корпус, образованный внешней и внутренней обечайками, установленными с радиальным зазором по отношению друг к другу с образованием между ними кольцевого зазора и соединенными между собой по торцам, причем нижняя часть корпуса парогенератора выполнена профилированной с посадочным местом для соединения с выходной частью печной трубы, а верхняя часть корпуса парогенератора выполнена профилированной для соединения с входной частью дымохода, при этом внутри корпуса установлена с радиальным зазором между ее стенками и стенками внутренней обечайки емкость, имеющая каналы для подачи воды внутрь ее полости и отвода подогретой воды из упомянутой полости, при этом каналы для подвода и отвода воды из упомянутой емкости проходят через кольцевой зазор между обечайками и соединяют полость емкости с источником воды и накопительным баком для нагретой воды/потребителем горячей воды, при этом кольцевой зазор между внутренней и внешней обечайками разделен в осевом направлении на изолированные кольцевые полости, нижнюю и верхнюю, при помощи перемычки, в которой установлен вертикальный патрубок, полость которого соединяет полости упомянутых кольцевых полостей между собой, при этом верхняя кольцевая полость имеет патрубок подвода воды, а нижняя кольцевая полость имеет патрубок выхода пара из упомянутой полости.

2. Парогенератор по п. 1, отличающийся тем, что площадь кольцевого зазора между стенкой емкости и стенкой внутренней обечайки равна или больше площади выходной части печной трубы.

3. Парогенератор по п. 1, отличающийся тем, что поверхность емкости выполнена волнистой, в виде чередующихся выступов и впадин.

4. Парогенератор по п. 1, отличающийся тем, что емкость выполнена в виде полого цилиндра.